Aspectos de Segurança Nuclear e radiológica: reatores e ... · Com menos água no núcleo,...
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I – INTRODUÇÃO: POR QUE USAR CENTRAIS NUCLEARES?
II – O PROCESSO DE FISSÃO NUCLEAR
III – OS REATORES NUCLEARES
IV – ACIDENTES IMPORTANTES
THRE MILE ISLAND
CHERNOBYL
FUKUSHIMA
GOIÂNIA
VI – O FUTURO
Aspectos de Segurança Nuclear e radiológica: reatores e acidentes
15a aula
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I Introdução - Por que usar centrais nucleares?
-Sistema gera energia elétrica sem descarregar para a natureza CO2, NOx, etc.
-demanda de energia: aumento de 50% em 2030
aumento de 100% em 2050
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Panorama da Energia Nuclear no Mundo
Existem 437 reatores comerciais em operação em 30 países com capacidade instalada de 370.187 MW (2010)
i- DISTRIBUIÇÃO POR PAISES
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ii- Reatores em Construção 46, com 50.855 MW
China 20
Russia 9
Coréa do Sul 6
India 5
Ucrânia 2
EUA 1
França 1
Japão 1
Brasil 1
REATORES NUCLEARES EM
CONSTRUÇÃO, 46; 55.855 MW
China
Russia
Corea do Sul
India
Ucrânia
EUA
França
Japão
Brasil
IEA 2009
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iii - Países que mais dependem da Energia Nuclear (%)
França 76,2
Belgica 54,8
Ucrânia 47,4
Suécia 42
Eslovênia 41,7
Japão 19,7
Espanha 18,3
Berasil 3,6
Paises que mais dependem da Energia
Nuclear (%)
França
Belgica
Ucrânia
Suécia
Eslovênia
Japão
Espanha
Berasil
IEA 2009
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iv - Tipos de reatores instalados
PWR 264 61%
BWR 92 10%
PHWR 44 10%
GCR 18 4%
LWGR 16 4%
FBR 2 0%*
* EM COMISSIONAMENTO
tIPOS DE REATORES INSTALADOS
PWR
BWR
PHWR
GCR
LWGR
FBR
IEA 2009
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II – O PROCESSO DE FISSÃO NUCLEAR
Consiste na divisão de um núcleo de elemento físsil por um nêutron térmico, gerando grande quantidade de energia, da ordem de 200
MeV, e mais outros 3 nêutrons em média.
Energia liberada na fissão de 1Kg de
U 235
20000t TNT
2500t carvão
Nêutrons Térmicos: 235U, 239Pu, 233U
Rápidos: 238U, 232Th
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III – OS REATORES NUCLEARES •A física dos reatores estuda os fenômenos relacionados com o comportamento dos nêutrons em um conjunto de meios especiais.
•Essencialmente aqueles ligados a manutenção de uma população estável ou controlada de nêutrons, quando as condições de equilíbrio são modificadas.
Sistema genérico de potência nuclear (PWR)
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III.1 Classificação dos reatores: Dependendo dos matérias de construção, das formas de emprego, da finalidade e utilização, da potência que se deseja extrair , os reatores podem ser classificados em:
A – Energia do nêutron 1. Rápido 2. Intermediário 3. Térmicos
B – Propósito 1. Pesquisa e desenvolvimento 2. Produção de Mat. Físsil 3. Gerador de potência
C – Combustível 1. Urânio natural 2. Urânio enriquecido 3. 239Pu 4. 233U
D – Geometria do Combustível 1. Heterogêneo 2. Homogêneo
E – Estado do combustível 1. Sólido 2. Líquido
F – Consumo do combustível
1. Queimador (Burner)
2. Conversor
3. Regenerador (breeder)
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ANGRA 1
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ANGRA 2
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Os reatores são seguros?
1. Pastilhas cerâmicas que só fundem a 2400°C e mantêm os produtos de fissão confinados no seu interior.
V – ACIDENTES IMPORTANTES
2. Revestimento do combustível por tubos de zircaloy
3. Vaso de pressão do reator em aço com 20 cm em Angra 1 e 25 em Angra 2.
4. Blindagem radiológica de concreto.
5. Vaso de contenção de aço com 3 cm de espessura.
6. Edifício de contenção de concreto reforçado com 70 cm de espessura
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THRE MILE ISLAND
28 DE MARÇO DE 1979 –mau funcionamento no circuito refrigerador
TMI 1 e 2, reator tipo PWR, 900MW
Continua sendo uma das melhores unidades em funcionamento nos EUA
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CHERNOBYL ESTRUTURA DA USINA DE CHERNOBYL
BWR 1º reator – 1977 2º reator – 1978 3º reator – 1981 4º reator – 1983
1 GW de energia elétrica e
3,2 GW de energia térmica.
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Características do reator: •Reator tipo Boiling Water Reactor – BWR (RBMK: denominação Russa) •Moderador: grafite (não precisa usar urânio enriquecido, geram plutônio em grande quantidade) •Refrigerante: água •Circuito simples •Potência 1000MW
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26 de abril de 1986 .
Parada para manutenção periódica, testes na parte elétrica.
Sistema automático de segurança desligado.
Por que Chernobyl explodiu?
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1- Os reatores RMBK utilizados em Chernobyl tinham, além do problema da insegurança inerente devido ao uso de grafite como moderador, um segundo problema que era a instabilidade em baixa potência. Ou seja, quando em baixa potência, os reatores tendiam a apagar.
2 - Isso por si só não é problema (o máximo que pode acontecer é a usina parar), porém a instabilidade estimulou os operadores a remover algumas barras de absorção de nêutrons a mais, inclusive algumas que NUNCA ERAM REMOVIDAS na operação normaL
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3 - Os operadores reduziram a potência do reator para fazer um teste de segurança, o que é irônico, pois foi o que fez o reator explodir, conforme veremos.
4 - Em seguida, foi simulada uma falha no sistema refrigeração do núcleo. Isso fez com que a água no interior do núcleo começasse a gerar bolhas de vapor. Com menos água no núcleo, diminuiu a absorção de nêutrons, e a reação nuclear começou a acelerar novamente.
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5- O mecanismo de reinserção automática de barras absorvedoras tinha sido desligado por conta do teste; se isso não tivesse sido feito, o reator teria parado a si mesmo automaticamente e nenhum acidente teria acontecido.
6 - Devido a quase total ausência de barras absorvedoras, a reação nuclear começou a aumentar muito rapidamente. O operador chegou a detectar o problema, e ordenou a reinserção das barras.
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7 - Infelizmente, por um outro infortúnio, as barras nesse reator são inseridas de cima para baixo, e não de baixo para cima como a maioria dos projetos exige hoje. Isso fez com que o pouco de água no estado liquido existente no reator fosse empurrada para fora pela pressão do vapor.
8 - A velocidade de inserção das barras era muito lenta nesse modelo de reator; a água saiu e as barras demoraram muito para percorrer os 70 metros de altura do reator. reação em cadeia continuou acelerando, e teve tempo de atingir 100 vezes a potência máxima recomendada. Isso fundiu o combustível, que entrou em contato com a água, ocasionando a explosão.
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O presidente da Ucrânia, Leonid Kuchma, fez um discurso pela televisão anunciando o fechamento. Logo depois, ele deu a ordem para que um engenheiro pressionasse o botão que desligou o reator número 3, o último que continuava operando na usina.
A usina de Chernobyl foi oficialmente fechada 14 anos depois da explosão do reator
O ex-diretor da usina, Viktor Bryukhanov, ficou dez anos preso por negligência e afirma que o mundo ainda não entendeu qual a direção que deve tomar no caminho por alternativas energéticas, mesmo após o que aconteceu em Chernobyl
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FUKUSHIMA
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Vi – O FUTURO
Um novo enfoque deve ser adotado no projeto de novos reatores:
1- Ciclo de combustível que minimize rejeitos e, o desenvolvimento de uma infraestrutura para suportar tais mudanças
2- Desenvolvimento de sistemas em termos de sustentabilidade
3 – A próxima geração de reatores se baseia nas seguintes classes:
-gas-cooled
-water-cooled
-Fast-spectrum
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Gas-cooled
• Tipo: “pebble-bed”
• Desenvolvido por equipes da China África do Sul e U.S.A.
• Protótipo: 2006 África do Sul
• Refrigerante: He ou CO2
• Eficiência: 40% maior que os reatores de água leve
• Potência de 120 MW
• Temperatura do gás: 900 0C
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water-cooled
•Tipo: International Reactor Innovative and Secure (IRES) Westinghouse Electric
•Refrigerante: água leve
•Simplificação da planta: circuito primário inserido no vaso de pressão
•Operação em altas temperaturas(374 0C) e pressões (221 atm)
•Operação acima do ponto crítico da água
•Potência: 100 – 350 MW
•Eficiência 45% maior em relação aos reatores PWR
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Fast-spectrum
•Tipo Fast: Fast Breeder
•Desenvolvimento: França, Japão, Rússia Coréia do Sul, entre outros
•Refrigerante: sódio líquido
•Regeneram e produzem seu próprio combustível
•Eficiência de 38 – 45% mais eficiente que os reatores a água leve.
•Potência: 500 MW (?)
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Vii – Conclusão
•Não podemos depender de um único tipo solução energética – as várias possibilidades devem ser complementares, considerando a relação custo benefício •Particularmente a opção nuclear é importante e deve ser discutida dentro da matriz energética de uma nação •Conhecimento!!!!!!!!!!! •Investimento em pesquisa tecnológica – minimização de riscos